大同日报 -A3 能源革命 造福人类-
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A3能源革命 造福人类
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能源革命对外开放百家论坛之一三八

超级电容器的发展与能源革命(上)

  

主讲嘉宾
  庞明俊,山西大同大学炭材料研究所副教授。研究方向为高质量石墨烯材料的合成与改性研究,高性能镍基、钴基和锰基电极材料的制备及其超级电容器性能研究等。她的研究对象主要集中在低成本的基于锰、钴、镍的三种金属氧化物,以及石墨烯与金属氧化物复合电极材料的制备等方面。曾发表学术论文20余篇,主持山西省教育厅高等学校科技创新项目1项,主持山西大同大学博士科研启动基金1项,并参与了多个重点项目的研究。
1 核心提示 能源与环境是人类社会生存和进步的基本条件
  能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史,人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。随着全球经济的快速发展,煤炭、石油、天然气等能源的消耗比重逐年上涨,全球能源供应出现短缺,全球能源危机出现。与此同时,以太阳能、风能、潮汐能为代表的可再生能源不断发展,正逐步推进能源供给实现可持续发展。另一方面,能源转换技术、储能装备也在快速地发展。鉴于传统的电池和储能装置存在着低功率密度、循环寿命有限等缺点,超级电容器应用而生。
2 核心提示
超级电容器的优缺点
  尽管近年来锂电池的制造成本有了一定程度的下降,超级电容器相对于电池而言仍有不可替代的优势。主要体现在:
  1.超级电容器的安全性较锂电池好很多,不会出现较为严重的着火与爆炸现象;
  2.超级电容器具有大电流充放电能力,可达到百安级的放电电流,而锂电池则无法实现瞬间的快充快放;
  3.超级电容器的低温性能往往优于锂电池,能够在更低的温度下进行工作,而锂电池优于其受化学反应活化性能影响,低温性能较差;
  4.超级电容器在整个寿命周期几乎是免维护的,且循环寿命可达到几十万至上百万次,而锂电池由于在循环过程中存在较多的副反应,因此其循环寿命相对于超级电容器而言较短,只有几千次;
  5.能够快速充电,可以数十秒、数分钟实现充电完毕。
  通过对超级电容器的性能测试,发现超级电容器也存在缺点。
  1.泄漏。超级电容器安装位置不合理,容易引起电解质泄漏等问题,破坏了电容器的结构性能。
  2.电路。超级电容器仅限于直流电路的使用,这是由于与铝电解电容器相比,超级电容器的内阻更大,不适合交流电路的运行要求。
  3.价格。由于超级电容器是新一代高科技产品,其刚刚推向市场时价格相对较高,增加了设备运行的成本投入。
3 核心提示 超级电容器的原理
  “双电层原理”是超级电容器的核心,这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时,装置存储电荷的原理是一样的,即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这些功能外,若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷,此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面,这种条件下的负荷分布则属于“双电层”。因电容器结构组合上的改进,超级电容器的电容储存量极大。此外,如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时,超级电容器则是正常的工作状态,相反则不正常。根据超级电容器原理,其在运用过程中并没有出现化学反应,仅仅是在物理性质上的变化,因而超级电容器的稳定性更加可靠。